一种复合芯体夹心圆筒防爆结构制造技术

本发明专利技术公开了一种复合芯体夹心圆筒防爆结构，目的是解决目前泡沫夹心圆筒防爆结构防护能力不足问题。本发明专利技术由外部圆筒、复合芯体、内部圆筒、底部端盖组成，内部圆筒、复合芯体、外部圆筒由内向外同轴装配组成夹心结构，底部端盖焊接在复合芯体下端面。复合芯体由内泡沫芯体、内纤维层、超弹性体芯体、外纤维层、外泡沫芯体同轴装配而成；内部圆筒由圆筒、涂层、内衬、垫块组成，涂层喷涂在圆筒外侧面，内衬侧壁截面为直角三角形的圆筒形。底部端盖由金属盖和盖内芯体组成，盖内芯体同轴嵌套于金属盖内。本发明专利技术具有良好的爆炸冲击波能量吸收能力，对高速破片具有很强的吸附能力，在爆炸冲击波和破片联合载荷防护方面性能优越。击波和破片联合载荷防护方面性能优越。击波和破片联合载荷防护方面性能优越。

【技术实现步骤摘要】
一种复合芯体夹心圆筒防爆结构


[0001]本专利技术属于一种防爆结构，具体涉及一种金属泡沫、超弹性体、高强纤维三种材料复合芯体的夹心圆筒防爆结构。

技术介绍

[0002]近年来，世界各地恐怖活动日益频繁，恐怖分子异常猖獗，严重威胁广场、火车站、机场等公共场所的安全。全球恐怖活动屡见不鲜，爆炸袭击是最常见的恐怖活动。据经济与和平研究所(Institute for Economic and Peace,IEP)2020 年11月发布的《全球恐怖主义指数报告》(Global Terrorism Index,GTI)统计， 2019年全球13826人因恐怖主义死亡，63个国家或地区至少有1人死于恐怖主义。自2014年以来，新疆打掉暴恐团伙1588个，抓获暴恐人员12995人，缴获爆炸装置2052枚。为了及时处理爆炸物或可疑爆炸物，车站、机场等公共场所一般布置能够处理紧急情况的防爆罐。防爆罐是指限制结构内部爆炸冲击波、破片和爆轰产物，有效保护人员、设备和环境安全的爆炸防护结构。
[0003]新型轻质便携的泡沫夹心防爆结构，便于灵活、机动处理可疑爆炸物和运输危爆品，在民用和军事领域都具有十分重要的现实意义。夹心圆筒质量轻、抗爆能力强，能够满足防爆罐便携性的迫切需求。夹心圆筒通过夹心结构的变形及破坏吸收爆炸产生的动能和内能，同时约束冲击能量，最后上端开口释放剩余爆炸能量减小破坏。传统泡沫夹心圆筒由内外两层金属圆筒壳体和夹在中间的低密度泡沫芯体组成。金属圆筒的抗弯曲和拉伸强度较高，可以承受爆炸冲击波导致的拉压载荷。泡沫芯体的压缩应力
‑
应变曲线中包含一个较长的应力平台，表现出优异的吸能特性。泡沫夹心圆筒的“硬
‑
软
‑
硬”构型的波阻抗设计，具有优良的减缓冲击波的效果。然而，在现实恐怖活动中，爆炸除了会产生爆炸冲击波，往往还会伴随着侵彻性极强的破片。当爆炸物在防护结构内部爆炸时，爆炸冲击波和高速破片作用于结构的时序基本一致，爆炸冲击波和高速破片形成联合载荷。爆炸冲击波和高速破片联合载荷之间存在明显的协同效应，对结构的耦合作用效果远大于单独作用效果的简单叠加。目前，传统泡沫夹心圆筒主要侧重于爆炸冲击波的防护，很难实现对高速破片的防护，对爆炸冲击波和破片联合载荷的防护能力更弱。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是针对目前泡沫夹心圆筒防爆结构对爆炸冲击波和高速破片联合载荷防护能力不足问题，提供一种复合芯体夹心圆筒防爆结构，提高结构的抗爆炸冲击波和破片联合载荷的性能。
[0005]本专利技术的技术方案是：
[0006]本专利技术整体为带底圆筒，由外部圆筒、复合芯体、内部圆筒、底部端盖组成，外部圆筒、复合芯体、内部圆筒组成本专利技术带底圆筒的侧壁面，底部端盖为带底圆筒的底部。定义本专利技术安装底部端盖的一端为下端(即封闭端)，未安装底部端盖的一端为上端(即开口端)，内部圆筒的内部为本专利技术的内部，用于存储爆炸物。本专利技术外直径为D，D根据抗爆需求
来定，满足0.1m<D<2m，高度为H，满足D<H<3D。
[0007]内部圆筒、复合芯体、外部圆筒由内向外同轴装配，底部端盖焊接在复合芯体下端面，且外部圆筒套在复合芯体和底部端盖侧壁，外部圆筒上端面与复合芯体上端面平齐，外部圆筒下端面和底部端盖的下端面平齐。外部圆筒、复合芯体、内部圆筒组成夹心结构，外部圆筒和内部圆筒是夹心结构的面板，复合芯体是夹心结构的芯体。
[0008]外部圆筒为圆筒形，高度等于H，外直径等于D，内直径为d，满足0.9D<d<0.98D。外部圆筒材料为金属，密度大于7g/cm3，屈服强度大于400MPa。外部圆筒用于包裹复合芯体和底部端盖。复合芯体在内部圆筒和破片作用下获得整体运动速度，与剩余一定速度的破片冲击外部圆筒。当内部圆筒与外部圆筒速度相等时，内部圆筒开始与复合芯体分离，同时外部圆筒在环向应力的作用下速度开始逐渐降低，直至动能完全耗散。
[0009]复合芯体为圆筒形，外直径等于d，内直径为d1，满足0.6d<d1<0.9d，高度为h，满足0.85H<h<0.95H。复合芯体由外泡沫芯体、外纤维层、超弹性体芯体、内纤维层、内泡沫芯体组成。内泡沫芯体、内纤维层、超弹性体芯体、外纤维层、外泡沫芯体，由内向外同轴装配，且上下端面齐平，高度均等于h。外泡沫芯体、外纤维层、超弹性体芯体、内纤维层、内泡沫芯体均为圆筒形，壁厚分别为t1、t2、t3、t4、t5，满足0.05D<t1<0.2D，0.01D<t2<0.03D，0.05D<t3<0.2D， 0.01D<t4<0.03D，0.05D<t5<0.2D。外泡沫芯体材料为金属泡沫，密度在0.3g/cm3至0.6g/cm3之间，屈服应力不小于30MPa。外纤维层材料为高强碳纤维或玻璃纤维，密度在1.0g/cm3至3.0g/cm3之间，抗拉强度大于400MPa。超弹性体芯体材料为聚脲超弹性体材料，密度在1.0g/cm3至1.6g/cm3之间，拉伸强度大于 30MPa，断裂伸长率大于500％。内纤维层材料为高强碳纤维或高强玻璃纤维，密度在1.0g/cm3至3.0g/cm3之间，抗拉强度大于800MPa。内泡沫芯体为金属泡沫，密度在0.3g/cm3至0.6g/cm3之间，屈服应力不小于30MPa。内泡沫芯体位于复合芯体最内侧，承受爆炸冲击波和高速破片联合载荷的冲击，依靠外泡沫芯体材料的微观结构的不均匀性，干扰联合载荷原有的冲击方向，吸收部分联合载荷动能，同时大幅降低冲击波载荷的幅值。外泡沫芯体位于复合芯体最外侧，当外纤维层、超弹性体芯体、内纤维层承受载荷向外整体膨胀时，外泡沫芯体减缓复合芯体整体外移，吸收复合芯体部分的动能。内纤维层、超弹性体芯体、外纤维层是防护爆炸冲击波和高速破片的重要部件。内纤维层和外纤维层将超弹性体芯体夹在中间。当爆炸冲击波和高速破片与内纤维层作用时，内纤维层能够拦截部分高速破片，部分速度破片穿透内纤维层进入超弹性体芯体，部分冲击波从破片穿孔处进入超弹性体芯体。超弹性体芯体的材料为聚脲超弹性体，受到冲击载荷时出现玻璃态，缓冲吸能和抗冲击性能优越，对冲击波和破片载荷均有很好的防护作用。同时聚脲超弹性体具有很强的自愈能力(即修复失效部位的裂纹)，能够有效阻止联合载荷导致的失效扩展。外纤维层对极少穿透超弹性体芯体的高速破片进一步防护。
[0010]内部圆筒为带底圆筒形，高度等于h，外直径等于d1，内直径为d2，满足 0.8d1<d2<0.95d1。内部圆筒由圆筒、涂层、内衬、垫块组成，涂层为喷涂在圆筒外侧面的超弹性体，垫块的上端面与圆筒底面和涂层底部粘接，垫块的下端面与底部端盖粘接。圆筒是有一个底面的圆筒，内直径等于d2，侧壁和筒底本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合芯体夹心圆筒防爆结构，其特征在于复合芯体夹心圆筒防爆结构整体为带底圆筒，由外部圆筒(1)、复合芯体(2)、内部圆筒(3)、底部端盖(4)组成，外部圆筒(1)、复合芯体(2)、内部圆筒(3)组成带底圆筒的侧壁面，底部端盖(4)为带底圆筒的底部；定义安装底部端盖(4)的一端为下端即封闭端，未安装底部端盖(4)的一端为上端即开口端，内部圆筒(3)的内部存储爆炸物；复合芯体夹心圆筒防爆结构外直径为D，D根据抗爆需求来定，高度为H；内部圆筒(3)、复合芯体(2)、外部圆筒(1)由内向外同轴装配，底部端盖(4)焊接在复合芯体(2)下端面，且外部圆筒(1)套在复合芯体(2)和底部端盖(4)侧壁，外部圆筒(1)上端面与复合芯体(2)上端面平齐，外部圆筒(1)下端面和底部端盖(4)的下端面平齐；外部圆筒(1)、复合芯体(2)、内部圆筒(3)组成夹心结构，外部圆筒(1)和内部圆筒(3)是夹心结构的面板，复合芯体(2)是夹心结构的芯体；外部圆筒(1)为圆筒形，高度等于H，外直径等于D，内直径为d；外部圆筒(1)材料为金属；外部圆筒(1)用于包裹复合芯体(2)和底部端盖(4)；复合芯体(2)为圆筒形，外直径等于d，内直径为d1，高度为h；复合芯体(2)由外泡沫芯体(21)、外纤维层(22)、超弹性体芯体(23)、内纤维层(24)、内泡沫芯体(25)组成；内泡沫芯体(25)、内纤维层(24)、超弹性体芯体(23)、外纤维层(22)、外泡沫芯体(21)，由内向外同轴装配，且上下端面齐平，高度均等于h；外泡沫芯体(21)、外纤维层(22)、超弹性体芯体(23)、内纤维层(24)、内泡沫芯体(25)均为圆筒形；外泡沫芯体(21)材料为金属泡沫；外纤维层(22)材料为高强碳纤维或玻璃纤维；超弹性体芯体(23)材料为聚脲超弹性体材料；内纤维层(24)材料为高强碳纤维或高强玻璃纤维；内泡沫芯体(25)为金属泡沫；内泡沫芯体(25)位于复合芯体(2)最内侧，承受爆炸冲击波和高速破片联合载荷的冲击，依靠外泡沫芯体(21)材料的微观结构的不均匀性，干扰联合载荷原有的冲击方向，吸收部分联合载荷动能，降低冲击波载荷的幅值；外泡沫芯体(21)位于复合芯体(2)最外侧，当外纤维层(22)、超弹性体芯体(23)、内纤维层(24)承受载荷向外整体膨胀时，外泡沫芯体(21)减缓复合芯体(2)整体外移，吸收复合芯体(2)部分的动能；内纤维层(24)和外纤维层(22)将超弹性体芯体(23)夹在中间，当爆炸冲击波和高速破片与内纤维层(24)作用时，内纤维层(24)拦截部分高速破片，部分速度破片穿透内纤维层(24)进入超弹性体芯体(23)，部分冲击波从破片穿孔处进入超弹性体芯体(23)；超弹性体芯体(23)受到冲击载荷时出现玻璃态，对冲击波和破片载荷进行防护，同时阻止联合载荷导致的失效扩展；外纤维层(22)对穿透超弹性体芯体(23)的破片进一步防护；内部圆筒(3)为带底圆筒形，高度等于h，外直径等于d1，内直径为d2；内部圆筒(3)由圆筒(31)、涂层(32)、内衬(33)、垫块(34)组成，涂层(32)为喷涂在圆筒(31)外侧面的超弹性体涂层，垫块(34)的上端面与圆筒(31)底面和涂层(32)底部粘接，垫块(34)的下端面与底部端盖(4)粘接；圆筒(31)是有一个底面的圆筒，内直径等于d2，侧壁和筒底厚度均为e；圆筒(31)材料为玻璃纤维增强塑料；涂层(32)材料为聚脲超弹性体；内衬(33)为侧壁截面为直角三角形的圆筒形，同轴嵌套于圆筒(31)内，内衬(33)的底面与垫块(34)之间隔着圆筒(31)的底面；内衬(33)外直径等于d2，高度为h2，这种侧壁截面使得内衬(33)上面的侧壁薄，下面的侧壁厚，使得爆炸物从开口端进入后直接滑入内部圆筒(3)底部中心部位；内衬(33)为金属泡沫；垫块(34)为圆柱状，直径等于d2，高度为h1；垫块(34)为金属泡沫；圆筒(31)抵
挡高温高压的爆轰产物气体，衰减冲击波和破片速度；涂层(32)提高内部圆筒(3)的变形能力，在内部圆筒发生剪切破坏时抑制失效处的扩孔；垫块(34)的上端面与圆筒(31)和涂层(32)底部粘接，下端面与底部端盖(4)粘接；垫块(34)支撑内部圆筒(3)，使得内部圆筒(3)的底部处于高度方向的中间部位，为爆炸物与底部端盖(4)之间预留空间，提高底部端盖(4)的抗爆能力；底部端盖(4)为圆饼状，是带底圆筒的筒底，位于复合芯体(2)下方，底部端盖(4)...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁民族，李翔宇，林玉亮，卢芳云，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：